СПОСОБ МОНТАЖА ПОДИНЫ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1997 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к области электролитического получения алюминия из криолитно-глиноземных расплавов, в частности к совершенствованию способа монтажа катодного узла электролизера.

Известен способ обжига и пуска алюминиевого электролизера, согласно которому на подине предварительно размещают слой борного ангидрида в количестве 0,1-0,5% от массы заливаемого алюминия, выдержку электролизера осуществляют путем снижения установившегося напряжения в течение первых суток со скоростью 0,08-0,15 В/ч и повышения в последующие сутки со скоростью 0,12-0,17 В/ч до напряжения 3,5-4,1 В [1]
Размещение слоя борного ангидрида на подине электролизера приводит, после подключения на обжиг, к образованию тугоплавких шпинелей типа mAI₂0₃•nB₂0₃ в виде пленки, покрывающей рабочую поверхность подины. Низкотемпературный режим обжига, согласно известному способу, способствует лучшему сцеплению пленочного шпинеля с подиной, а последующий пуск на электролиз неизбежно вызывающий появление осадка глинозема и тугоплавких тяжелых металлов приводит к образованию нерастворимых подобных настылей, изолирующих подину на больших площадях. В результате возрастает падение напряжения в подине, неравномерность токовой нагрузки в плане катода. Это приводит к перерасходу электроэнергии, появлению горизонтальных токов в расплаве, снижению производительности и срока службы электролизера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является известный способ подготовки к обжигу алюминиевого электролизера, согласно которому на углеродистой подине с межблочными швами, выполненными из углеродистой подовой массы, перед заливкой жидкого алюминия и подключением электролизера на обжиг выполняют операцию засыпки на поверхность межблочных швов подины борной кислоты слоем 15 мм и поверх нее просыпки глинозема слоем до 20 мм [2]
Недостатками известного способа являются наличие слоя борной кислоты поверх уровня межблочных швов и подины в целом. Это приводит к "размыванию" борной кислоты по поверхности подовых блоков уже при заливке жидкого алюминия при подключении электролизера на обжиг. Наличие слоя глинозема поверх слоя борной кислоты не устраняет эффекта "размывания". Последующий обжиг, вызывающий движение жидкого металла в горизонтальной плоскости, пуск на электролиз приводят, как показывает практика применения известного способа к полному "размыванию" сырьевой шахты из борной кислоты и глинозема. В результате, образуется тугоплавкий электроизолирующий слой на подине. Это вызывает возрастание падения напряжения и неравномерность катодной плотности тока, что приводит к перерасходу электроэнергии, перегреву локальных зон подины, снижению производительности электролизера, перегреву локальных зон подины, снижению производительности электролизера и срока его службы.

Цель технического решения повышение срока службы и производительности электролизера, сортности получаемого алюминия, снижение расхода электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что при монтаже подины алюминиевого электролизера, включающем укладку углеродистых подовых секций, набивку нижней части межблочных швов углеродосодержащей подовой массой с уровнем, расположенным ниже уровня рабочей поверхности подовых блоков, заполнение верхней части полости межблочных швов глиноземом, применение борного ангидрида для ингибирования углерода межблочных швов, слой борного ангидрида загружают ниже уровня рабочей поверхности подовых блоков в нижнюю часть полости на углеродосодержащую поверхность подовой массы межблочных швов перед засыпкой глинозема в верхнюю часть полости. Количество борного ангидрида, загружаемого в нижнюю часть полости межблочных швов, может составлять не более 50% объема глинозема, загружаемого в верхнюю часть полости межблочных швов. Борный ангидрид может быть загружен в полость межблочных швов также в составе шихты с глиноземом.

Предложенный способ позволяет использовать ингибирующие свойства борного ангидрида на углероде подовой массы межблочного шва, уровень которого расположен ниже уровня подового блока (подины). Тем самым снижается вредное воздействие борного ангидрида на рабочую поверхность подовых блоков и кислородсодержащей газовой фазы на углерод подовой массы при ее набивке в условиях атмосферы; улучшается качество нижней части межблочного шва, выполненного из подовой массы, также за счет снижения потерь углеводородов связующего при коксовании, возрастает электросопротивление шва.

Наличие борного ангидрида в контакте с глиноземом, расположенным в полости верхней части межблочного шва, в свою очередь сверху закрытой слоем алюминия, приводит к образованию тугоплавких шпинелей типа mAI₂O₃•nB₂O₃ в замкнутом пространстве полости шва. Таким образом, борный ангидрид проявляет ингибирующие и электроизолирующие свойства на углероде межблочного шва и, с другой стороны, образуются тугоплавкие неэлектропроводящие соединения в нижней части слоя глинозема межблочного шва в первые же часы подключения электролизера на обжиг. В результате, возрастает механическая прочность и электросопротивление межблочного шва, его сопротивление фильтрации жидкого алюминия; возрастает прочность сцепления материала шва с материалом подового блока, цементирующие свойства межблочного шва.

Все это увеличивает прочность конструкции подины с момента начала эксплуатации электролизера. Таким образом, устраняется "период риска" разрушения подины".

Последующее образование "коржей" корундов в верхней части межблочного шва завершает монтаж конструкции подины. Соотношение борного ангидрида и глинозема 1:2 об. предполагает использование второй, большей (верхней) части глинозема для образования "коржей" корундов.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показан разрез подины алюминиевого электролизера (фрагмент).

Подину монтируют из подовых секций, содержащих углеродистые подовые блоки 1 с продольными пазами 2 для заделки в них стальных токоотводящих стержней 3, и межблоковых швов, содержащих нижнюю углеродистую часть 4 с уровнем 5, расположенным ниже уровня рабочей поверхности 6 подовых блоков 1 (по прототипу).

На поверхность 5 подовой массы межблочного шва загружают слой борного ангидрида 7, а затем слой глинозема 8 (по предлагаемому способу). Борный ангидрид может быть загружен также в составе шихты с глиноземом (на чертеже не показан).

Пример реализации способа.

Монтируют подину алюминиевого электролизера на силу тока 156 кА типа С-8Б. Межблочные швы выполняют, согласно известному техническому решению, из подовой углеродистой массы. Поверх швов засыпают слой борной кислоты высотой 1,4 см и сверху слой глинозема высотой 1,9 см(/прототип).

Выполняют монтаж подины электролизера типа С-8Б следующим образом.

Нижнюю часть межблочного шва на высоту "в"(/0,5 высоты блока) выполняют из углеродисто подовой массы, а верхнюю из глинозема до уровня рабочей поверхности подового блока (вариант "В").

Выполняют также монтаж подины электролизера С-8Б согласно предлагаемому техническому решению. После набивки нижней части межблочного шва на 0,5 высоты подового блока углеродистой подовой массой, на ее поверхность наносят слой борной кислоты из расчета 0,5 объема загружаемого сверху слоя глинозема.

Все три электролизера подключают к обжигу на металле по известному способу, с последующим пуском и эксплуатацией.

Результаты наблюдений, измерений и осредненные технико-экономические показатели обжига, пуска и электролиза в течение 1 г электролизеров - свидетелей (прототип) и электролизера с подиной, выполненной по предлагаемому способу, отражены в таблице.

Как следует из полученных результатов, при подключении на обжиг электролизера с подиной, выполненной по предлагаемому техническому решению, напряжение при подключении в электрическую цепь ниже, динамика снижения напряжения глубже, а падение напряжения в подине (ΔU_под) ниже, чем у электролизеров свидетелей. Это указывает на лучшую равномерность электрического поля в опытном электролизере, в первую очередь в подине, что подтверждается меньшей амплитудой в распределении токовой нагрузки по катодным стержням.

После пуска на электролиз снижение ΔU_под опытного электролизера достигает 18 мВ, у свидетелей 6 мВ и 2 мВ соответственно, и общая разность составила 21-72 мВ.

Через 15 сут после пуска на электролиз температура в опытной подине на 50-80^oC ниже, чем в подинах-свидетелях. Можно предположить, что периоды обжига и пуска опытного электролизера способствовали упрочнению конструкции подины, смонтированной по предлагаемому способу. Это предотвратило "металлизацию" подины и нарушение контакта "сталь углерод", что привело к снижению падения напряжения, выравниванию токовой нагрузки по подине. На это указывает снижение температуры днища опытного электролизера на 13-35^oC по сравнению со свидетелями.

Целостность опытной подины подтверждается также тем, что ΔU_под на опытном электролизере за 10 сут снизилась на 6 мВ, в то время как на электролизерах-свидетелях сохранилась на прежнем уровне (по прототипу даже возросло). Время выхода опытного электролизера на высший сорт алюминия А7 меньше 2-9 сут, чем на свидетелях.

Более равномерная плотность тока в опытной подине способствует увеличению производительности электролизера за счет большей стабильности технологических параметров, что подтверждается снижением частоты А8 на опытном электролизере.

Состояние опытной подины через 1 г после пуска на электролиз (чистая, ровная) подтверждает ее целостность и позволяет предположить увеличение срока службы электролизера.

Таким образом, применение предлагаемого технического решения приводит к снижению расхода электроэнергии, улучшению сортности получаемого алюминия и производительности электролизера. Загрузка борного ангидрида в полость межблочного шва в составе шихты с глиноземом на поверхность подовой массы упрощает операцию заполнения полости верхней части межблочного шва, позволяет использовать ингибирующие свойства борного ангидрида на углероде боковых поверхностей подовых блоков.

Кроме того, возможно образование более прочного соединения типа mB₂O₃•mAI₂O₃.

Использование: изобретение относится к области электролитического получения алюминия из криолито-глиноземных расплавов, в частности к совершенствованию способа монтажа катодного узла электролизера. Сущность изобретения: при монтаже подины электролизера, включающем набивку нижней части межблочных швов подовой массой с уровнем, расположенным ниже уровня рабочей поверхности подовых блоков, использование борного ангидриза для ингибирования углерода межблочных швов, слой борного ангидрида загружают на поверхность углеродосодержащей подовой массы в полость нижней части межблочного шва перед засыпкой глинозема в верхнюю часть полости. Количество загружаемого борного ангидрида может составлять не более 50% объема загружаемого глинозема. Борный ангидрид может быть загружаем в полость межблочного шва также в составе шихты с глиноземом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил, 1 табл.

1. Способ монтажа подины алюминиевого электролизера, включающий укладку углеродистых подовых секций, набивку нижней части межблочных швов углеродсодержащей подовой массой с уровнем, расположенным ниже уровня рабочей поверхности подовых блоков, заполнение верхней части полости межблочных швов глиноземом, загрузку борного ангидрида между подовой массой и глиноземом для ингибирования углерода межблочных швов, отличающийся тем, что слой борного ангидрида загружают ниже уровня рабочей поверхности подовых блоков в нижнюю часть полости на углеродсодержащую поверхность подовой массы межблочных швов перед засыпкой глинозема в верхнюю часть полости. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество борного ангидрида, загружаемого в нижнюю часть полости межблочных швов, составляет не более 50% объема глинозема, загружаемого в верхнюю часть полости. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что борный ангидрид загружают в составе шихты с глиноземом.